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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Lufterhitzer und
derartige Geräte zur Behandlung von Heißluft und
insbesondere auf eine verbesserte Wärmeaustauscheinheit
hierfür.
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Es ist bekannt, daß der Lufterhitzer ein Gerät zur schnellen
Erwärmung von gewerblichen Räumlichkeiten ist und im
allgemeinen aus einem häufig Rippenrohre aufweisenden
Heizkörper besteht, durch den ein elektrischer Ventilator
Luft in den zu erwärmenden Raum bläst. Anstelle des
Heizkörpers wird ebenso ein herkömmlicher Wärmeaustauscher
verwendet, in dem das flüssige Wärmeaustauschmittel aus den
Rauchgasen besteht, die in einer unmittelbar mit diesem
Wärmeaustauscher in Verbindung stehenden Kammer und durch
die von dem elektrischen Ventilator bewegte Luft, die die
Rauchgase im allgemeinen in einer gekreuzten Strömung
durchströmt, erzeugt werden. Herkömmliche Wärmequellen, wie
Gas- oder Ölbrenner, können für die Erzeugung von Rauchgasen
verwendet werden.
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Weiterhin ist bekannt, daß der Wirkungsgrad eines
Lufterhitzers größtenteils durch die Übertragung des Wärmeinhalts
oder durch den in dem Wärmeaustauscher erfolgenden
Wärmeaustausch
gegeben ist. Um die Übertragung des Wärmeinhalts
bei gleicher Oberfläche und demselben Temperaturgradient zu
steigern, hat man einige Versuche angestellt, worunter unter
anderem die Verwendung von geeigneten turbulenzerzeugenden
Vorrichtungen, sogenannte Wirbelvorrichtungen, die in die
Rauchrohre eingesetzt werden, um eine Wirbelströmung und
eine erhöhte relative Strömungsgeschwindigkeit zu erzeugen
sowie eine besondere Gestaltung der Rauchrohre zitiert sind.
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Das erste System verursacht den Rauchgasen gegenüber einen
erheblichen Widerstand, wodurch ein Überdruckzustand in der
Brennkammer hervorgerufen wird und daher ungeeignet ist.
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Das zweite System nimmt beispielsweise den Unterdruck in
Anspruch, der durch den Zug im Kamin erzeugt wird und dies
ist wegen der auf diese Weise erhältlichen geringen
Unterdruckwerte nahezu unmöglich.
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Das dritte System ist das gegenwärtig meistangewendete und
es sind damit die folgenden Vorteile erreichbar:
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- bei gleichen Austauschflächen die Übertragung des
Wärmeeinhalts der Rauchgase auf ein Höchstmaß zu bringen,
indem sie auf eine optimale Austrittstemperatur überführt
werden;
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- eine einheitliche und gleichmläßige Verteilung der äußeren
Oberflächentemperatur, ohne dabei niemals die
Kondensationsgrenze zu erreichen, die stark aggressive und oxydierende
sauere Kondensatee veranlassen könnte, die das Metall
korrodieren;
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- in der Rauchgasbewegung keinen Druckabfall zu haben, der
einen Überdruckzustand in der Brennkammer hervorrufen kann;
und
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- die Rauchgasgeschwindigkeit während der Rauchgasbewegung
gleichmäßig zu halten.
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US-A-2 613 920 beschreibt eine Wärmeaustauscheinheit für
Lufterhitzer und derartige Geräte zur Heißluftbehandlung
bestehend aus einem Wärmeaustauscher, der aus Rauchrohren
und Luftrohren gebildet ist und einer Brennkammer. Die
Luftrohre haben einen trapezförmigen Querschnitt, wobei die
kleine Grundlinie nach unten gerichtet ist. Die Luftrohre
sind so nebeneinander angeordnet, daß sie dazwischen ein
Rauchrohr bilden. Der untere Teil der Luftrohre bildet die
Rauchkammerdecke. Die Rauchrohre haben einen trapezförmigen
Querschnitt, wobei die kleine Grundlinie nach oben gerichtet
ist und die Seitenwände der Luftrohre mit Eindrücken
versehen sind, um die Laminarströmung der Rauchgase zu
verhindern und ihnen die nötige Turbulenz zu verleihen.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gezielt, eine
Wärmeaustauscheinheit
dieser Art zu verbessern.
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Mehr im einzelnen, die Wärmeaustauscheinheit für
Lufterhitzer und derartige Geräte zur Behandlung von Heißluft von
der Art bestehend aus einem Wärmeaustauscher, der aus
Rauchrohren und Luftrohren gebildet ist, und einer
Brennkammer, wobei die Luftrohre einen trapezförmigen
Querschnitt aufweisen, dessen geringere Grundlinie nach
unten gerichtet ist, indem die Luftrohre derart
nebeneinander angeordnet sind, daß sie dazwischen jeweils
ein Rauchrohr bilden, der untere Teil der Luftrohre die
Decke der Brennkammer bildet, die Rauchrohre einen
trapezförmigen Querschnitt haben, dessen geringere
Grundlinie nach oben gerichtet ist, die Seitenwände der
Luftrohre mit Vertiefungen versehen sind, um ein laminares
fließen der Rauchgase zu vermeiden und diesen die nötige
Turbulenz zu verleihen, ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Vertiefungen in den Seitenwänden der Luftrohre von
kreisförmigen Vertiefungen oder Wölbungen gebildet und in
versetzten Reihen in einer Quincunxstellung angeordnet sind.
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Die vorliegende Erfindung wird nun im einzelnen in
Zusammenhang mit einem gasbetriebenen Lufterhitzer anhand
der anliegenden Zeichnungen beschrieben. Sie zeigen:
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Figur 1 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen
gasbetriebenen Lufterhitzers;
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Figur 2 eine Draufsicht auf den Lufterhitzer von Fig. 1;
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Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III von Fig.
1;
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Figur 4 eine teilweise perspektivische Ansicht der Form
der Luftrohre und somit der Rauchrohre und deren Anordnung
zur Bildung des Wärmeaustauschers; und
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Figur 5 eine Draufsicht auf den Blechzuschnitt aus dem
jedes Luftrohr erhalten wird.
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Indem man nunmehr auf die Zeichnungen Bezug nimmt, und
insbesondere auf Figur 1, 2 und 3, ist dort ein
gasbetriebener Lufterhitzer dargestellt, der aus einem Gehäuse
1, versehen mit einem Boden 2 und einer oberen Platte 3
sowie einer vorderen Platte 4 mit einem Auslaß 15 (fig. 3)
für die Heißluft, besteht. Die Heißluftströmung kann über
Abweiser eingestellt werden. Rückseitig am Gehäuse ist ein
elektrischer Ventilator 7 angeordnet, der die Luft von außen
über den Wärmeaustauscher 8 hineinbläst. Unterhalb dem
Wärmeaustauscher 8 ist eine Brennkammer 9 angeordnet, die
mit einer Abziehvorrichtung 10 für die aus der Brennkammer 9
ausströmenden Rauchgase versehen ist. In der Brennkammer 9
ist eine Reihe von Brennern 11 für die Gasverbrennung
vorgesehen. Oberhalb den Brennern 11 ist eine herkömmliche
Zündvorrichtung 12 angeordnet, die mit einer Schalttafel 13
verbunden ist, und ein Ventil 14 ist zur Steuerung der
Brenngaszufuhr zu den Brennern vorgesehen.
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Der bisher beschriebene Lufterhitzer ist von herkömmlicher
Auslegung.
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Das Merkmal von diesem Lufterhitzer ist durch die Gestaltung
seines Wärmeaustauschers 8 gegeben. Er besteht aus einer
Reihe von Luftrohren 15, die nebeneinander angeordnet sind
und an beiden Enden, d.h. am Lufteinlaß- und Luftauslaßende,
von herkömmlichen Stützelementen gehalten werden. Die
Luftrohre 15 sind mit Abstand von einander angeordnet, um
dazwischen die Rauchrohre 17 bildenden Hohlräume 16
vorzusehen. Der untere Teil der Luftrohre 15 bildet auf
diese Weise die Abdeckung von der Brennkammer 9.
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Die Seitenwände 21 der Luftrohre 15 sind mit einer Reihe von
Vertiefungen 18 versehen, die in der Draufsicht kreisförmig
gestaltet sind und Ausbuchtungen oder Wölbungen bilden. Die
Vertiefungen sind reihenweise in einer zueinander versetzten
Anordnung vorgesehen, so daß in jeder aus zwei Seitenwänden
21 gebildeten Luftröhre eine ausgebuchte Vertiefung jeder
Reihe von einer Seitenwand 21 gegenüber einer gewölbten
Vertiefung der anderen Seitenwand 21 liegt (Fig. 3). Die
Funktion der Vertiefungen 18 besteht darin, der durch die so
gebildeten Rauchrohre 17 strömenden Rauchgasströmung die
erforderliche Turbulenz zu verleihen, um die laminare
Strömung zu vermeiden, die die Wärmeaustauschfunktion
nachteilig beeinflussen würde. Insbesonders ist die obere
Reihe der Vertiefungen 18 derart ausgeführt, daß ein
korrekter Abstand des Austrittendes der Rauchrohre und die
Möglichkeit einer bequemen Reinigung gewährleistet sind.
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Die Gestaltung und die Anordnung der Luftrohre und damit der
sich ergebenden Rauchrohre ist in Figur 4 und 5 am besten
ersichtlich.
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Wie aus figur 5 ersichtlich, ist jedes Luftrohr 15 aus einem
einzelnen Blechzuschnitt B mit einem rechteckigen mittleren
Teil C, von dessen schmalen Seiten sich rechteckige, in
Flügel 25 endende Flansche 24 und von dessen breiten Seiten
sich trapezförmige, in flügel 23 endende Flansche 22
erstrecken, hergestellt.
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Der Zuschnitt wird dann einem Pressvorgang unterzogen, wobei
der mittlere Teil C umgebogen wird, die Flansche 22 um 90º
nach außen und die Flansche 24 um 90º nach innen gebogen
werden, während die flügel 23 und 25 gegenüber den
entsprechenden flanschen um 90º gebogen werden, so daß ein
Rohr mit einem trapezförmigen Querschnitt gebildet wird,
wobei die kleine Grundlinie den Boden 19 und die große
Grundlinie die Decke 20 bildet. Die geneigten Seiten des
Trapezes sind durch die Seitenwände 21 des Pressrohrs
gebildet. Der Boden 19 wird dann leicht gebogen, wie aus den
Zeichnungen ersichtlich und dies wird durch einen
Tiefziehvorgang erreicht.
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Anschließend an den pressvorgang für den Zuschnitt B wird
jeder Flügel 23 an einen entsprechenden Flügel 23 eines
anliegenden, aus einem anderen Zuschnitt gefertigtes
Luftrohrs angeschweißt, wie mit S gekennzeichnet, und die
zwei Flügel 25 zusammengeschweißt, ebenfalls mit S
gekennzeichnet, zur Bildung der Decke 20 der Luftrohre. Die
Seitenwände 21 sind daher unter einem Winkel β gegenüber der
Senkrechten geneigt und diese Neigung der Seitenwände 21
bewirkt, daß die zwischen zwei Luftrohren 15 gebildeten
Rauchrohre 17 einen vom Boden zur Decke abnehmenden
Querschnitt aufweisen, um auf diese Weise der
Rauchgasströmung darin die Venturiwirkung zu verleihen, wobei ihre
Strömungsgeschwindigkeit erhöht wird.
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Der so gebildete Wärmetauscher hat daher Luftrohre 15 von
trapezförmigem Querschnitt, dessen kleine Grundlinie unten
gerichtet ist und zwischen jedem Paar Luftrohre 15 gebildete
Rauchrohre 17 von trapezförmigem Querschnitt, dessen große
Grundlinie nach oben gerichtet ist.
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Beim Einbau des auf diese Weise gefertigten
Wärmeaustauschers 8 in die Wärmeaustauscheinheit bilden die
gebogenen Bodenseiten 19 der zusammengebauten Luftrohre 15 die
Decke der Brennkammer 9 und dies aufgrund der
vorbeschriebenen Bauweise des Wärmeaustauschers. Bei dieser
Bauweise entfällt auch die Notwendigkeit, die herkömmlichen
Rohrplatten vorzusehen, die an die Rohre anzuschweißen sind
und demzufolge die Kosten für diese Schweißoperation. Ferner
entfallen bei dieser Bauweise auch die
Unterbrechungsbereiche und die Schweißstellen. Die gebogene Gestaltung der
Bodenseiten 19 von den Luftrohren 15 begünstigt in ihnen die
Strömung der Rauchgase, reduziert auf ein Minimum den
Strömungswiderstand und verleiht eine bevorzugte Richtung,
die auf die Ausweitung besser anspricht. Die erfindungsgemäß
von einem Blechzuschnitt erhaltenen Luftrohre 15 gestatten
einen geradlinigen Zusammenbau und ein einfaches
Zusammenschweißen der flügel 25 und 23.
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Aus dem Vorgehenden ist ersichtlich, daß die durch die
Gasverbrennung im Brenner 11 erzeugten Rauchgase durch die
aus den hohlen Zwischenräumen 16 zwischen jedem Paar
Luftrohre 15 gebildeten Rauchrohre 17 nach oben abziehen
(Fig. 1). Während dem Durchströmen durch die Rauchrohre
erhöht sich die Geschwindigkeit der Rauchgase aufgrund des
Venturiwirkung, die durch die Neigung der Seitenwände 21
entsteht, und berühren die Vertiefungen 18 in der Weise, daß
sie abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen abgelenkt
werden und dabei einen sinusförmigen Verlauf haben, wobei
ihnen die nötige Turbulenz verliehen wird. Sind die
Rauchgase einmal aus den Rauchrohren 17 abgezogen, werden
sie von der Abziehvorrichtung 10 abgezogen. Zwischenzeitlich
durchfließt die über den elektrischen Ventilator 7
eingeblasene Luft die Luftrohre 15 in einer zu den
Rauchgasen senkrechten Richtung und deshalb wird die Luft
erhitzt und strömt über die in dem Gehäuse 1 vorgesehene
Austrittsöffnung 5, die über die Abweiser 6 ausgerichtet
wird, aus. Der durch die Vertiefungen gebildete gewundene
Verlauf der Rauchrohre ist ebenfalls in Figur 2 ersichtlich.
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Aus dem Vorgehenden ist ersichtlich, daß der Brennpunkt der
Erfindung in den Rauchrohren 17 liegt, die durch die
aneinandergereihte Anordnung der Luftrohre 15 und deren
Zusammenschweißen, wie oben beschrieben, erhalten werden.
Ein weiteres Merkmal der Rauchrohre ist die Form, die
Abmessung und die Anordnung der Vertiefungen 18; die
Hauptfunktion davon ist, eine Laminarströmung darin zu
vermeiden und somit eine Turbulenz zu schaffen, die die
Rauchgase ständig mischt und gleichzeitig den Druckabfall
beseitigt.
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Ein zweites Merkmal der erfindungsgemäßen Rauchrohre ist
ihre Trapezform. Der Hauptzweck dieser Trapezform besteht
darin, die Abzugsgeschwindigkeit der Rauchgase, die ihr
Volumen infolge der Abkühlung verringern, durch die
Venturiwirkung sehr hoch zu halten.
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Darüberhinaus wird eine bessere Verteilung der äußeren
Oberflächentemperatur erzielt, was einen erhöhten
Wirkungsgrad des Wärmeaustauschers zufolge hat.
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Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher hat ebenso den Vorteil
einer einfachen Bauweise, weil allein ein Schnittvorgang, um
den Ausgangszuschnitt für das Luftrohr zu erhalten, ein
anschließendes Pressverfahren, um das Luftrohr mit den
Flanschen 22 und 24, die in den um 90º umgebogenen Flügeln
23 bzw. 25 enden, anzufertigen und ein kontinuierlicher
Fertigschweißvorgang, um die Flügel 25 der Luftrohre und die
flügel 23 des Luftrohrs an einen zugeordneten flügel 23 des
anliegenden Luftrohrs anzuschweißen, genügen.
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Diese Art von Wärmeaustauschern mit hohem Wirkungsgrad, die
durch den geringen Widerstand im Rauchgasdurchgang
begünstigt
ist, kann selbstverständlich, außer wie bei den
beschriebenen Wärmeaustauscheinheiten, die mit einer
Abziehvorrichtung und einer Dichtkammer versehen sind, auch in
Geräten mit natürlichem Rauchabzug verwendet werden.